(57)【要約】【課題】  回転軸の回転角の絶対値を正確に検出できるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法を提供する。【解決手段】  アブソリュートエンコーダ１の回転板３には、第１の補正用トラック８ａ及び第２の補正用トラック８ｂが角度検出用トラック９ａ〜９ｉを挟んで設けられている。光センサ５の光検出部６に対する電荷読み出し部は、光の入射位置に関し、補正用トラック８ａを通過した光に対する第１の入射位置を含む第１画素領域内の画素、角度検出用トラックを通過した光に対する入射位置を含む第２画素領域内の画素、及び第２の補正用トラック８ｂを通過した光に対する第２の入射位置を含む第３画素領域内の画素からの電荷を順に読み出す。そして、前回の読み出しによって得た第２の入射位置と当該回の読み出しによって得た第１の入射位置との間隔に基づいて、角度検出用トラックに対応する入射位置を推定する。【選択図】  図１
2005121612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、所定パターンのスリットが円周方向に形成された複数のトラックを有するとともに、前記複数のトラックが複数の角度検出用トラック及び補正用トラックを含む回転板と、
複数の画素が一次元に配置された光検出部を有し、前記光検出部が前記回転板の径方向を長手方向として前記複数のトラックに対向するように設けられた光センサと、
前記回転板の前記複数のトラックを挟んで前記光センサの前記光検出部と対向するように設けられた光源と、
前記光センサの前記光検出部を構成する前記複数の画素のそれぞれから電荷を読み出す読み出し手段とを備え、
前記補正用トラックが、前記回転板の回転角によらず前記光源と前記光検出部との間に配置される前記スリットを有するとともに前記複数の角度検出用トラックを挟んで設けられた第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックを含み、
前記読み出し手段が、前記複数のトラックを通過した光が前記光検出部に入射する入射位置に関し、前記光検出部を構成する前記複数の画素に対して、前記第１の補正用トラックの前記スリットを通過した光が入射する第１の入射位置を含む第１画素領域内の画素、前記複数の角度検出用トラックの前記スリットを通過した光が入射する入射位置を含む第２画素領域内の画素、前記第２の補正用トラックの前記スリットを通過した光が入射する第２の入射位置を含む第３画素領域内の画素、の順で電荷の読み出しを繰り返し行い、
前記読み出し手段が前記第２画素領域内の画素から電荷を読み出す際に、直前の前記第３画素領域の読み出しによって得られた前記第２の入射位置と、直前の前記第１画素領域の読み出しによって得られた前記第１の入射位置とに基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定手段をさらに備えることを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項２】
前記複数の角度検出用トラックの前記スリットを通過した光を前記光センサの前記光検出部において検出することによって前記回転軸の回転角の絶対値を測定することを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記入射位置推定手段が、前記第１の入射位置と前記第２の入射位置との間隔に基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴とする請求項１または２に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項４】
前記読み出し手段が、前記第２の画素領域内の画素から電荷を読み出す際に、前記入射位置推定手段により推定された前記入射位置を中心とする有効領域に含まれる画素から電荷を取り出すとともに、前記有効領域の間の無効領域に含まれる画素からは電荷を取り出さないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項５】
前記光センサの前記光検出部において検出された、前記第１の補正用トラックを通過した光及び前記第２の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて、前記入射位置推定手段によって推定された入射位置において検出された光が前記スリットを通過した光であるか否かを判定するレベル判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のアブソリュートエンコーダを用いた角度検出方法であって、
前記光源から前記回転板の前記複数のトラックに光を照射する照射ステップと、
前記光検出部を構成する前記複数の画素のうち、前記第１画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、前記第１の補正用トラックの前記スリットを通過した光を検出することにより、前記第１の補正用トラックに対する前記第１の入射位置を得る第１の検出ステップと、
前記第２画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、前記複数の角度検出用トラックの前記スリットを通過した光を検出する第２の検出ステップと、
前記第３画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、前記第２の補正用トラックの前記スリットを通過した光を検出することにより、前記第２の補正用トラックに対する前記第２の入射位置を得る第３の検出ステップと、
を備え、
前記第１〜第３の検出ステップを繰り返し行うとともに、
前記第２の検出ステップの際に、直前の前記第３の検出ステップにおいて得られた前記第２の入射位置と、直前の前記第１の検出ステップにおいて得られた前記第１の入射位置とに基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定し、前記補正された入射位置に入射した光を検出することを特徴とする角度検出方法。
【請求項７】
前記第２の検出ステップにおける検出結果に基づいて、前記回転板及び前記回転軸の回転角の絶対値を示すコードを生成するコード生成ステップをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の角度検出方法。
【請求項８】
前記第２の検出ステップの際に、前記第１の入射位置と前記第２の入射位置との間隔に基づいて、前記複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴とする請求項６または７に記載の角度検出方法。
【請求項９】
前記第２の検出ステップの際に、前記補正された入射位置を中心とする前記有効領域の間の前記無効領域内の画素を読み飛ばしつつ、前記有効領域に入射した光を検出することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の角度検出方法。
【請求項１０】
前記第２の検出ステップの際に、前記第１の補正用トラックを通過した光及び前記第２の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて閾値を定め、前記入射位置において検出された光の強度と該閾値とを比較することにより、該入射位置において検出された光が前記スリットを通過した光であるか否かを判定することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の角度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の回転角の絶対値を検出するためのアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、工作機、ＦＡ機器、自動車等の制御端（ステアリング）などの角度測定には、ロータリーエンコーダが用いられている。ロータリーエンコーダのうち、特に光学式のロータリーエンコーダの角度検出方式としては、インクリメンタル方式とアブソリュート方式とが広く知られている。アブソリュート方式のロータリーエンコーダ（以下、アブソリュートエンコーダという）は、一般的に高精度であり、誤差が蓄積しないといった利点を有している。
【０００３】
図１７は、従来のアブソリュートエンコーダを示す斜視図である。図１７を参照すると、従来のアブソリュートエンコーダ１００は、回転体の回転軸１１０に取り付けられる。アブソリュートエンコーダ１００は、グレイコードのパターン１０２が設けられた回転板１０１と、回転板１０１に対して軸方向に対向配置された固定板１０５とを備えている。回転板１０１のパターン１０２は、所定のスリットを有する複数のトラックから構成されており、固定板１０５は、パターン１０２の複数のトラックに対応する複数の窓１０４を有している。そして、回転板１０１及び固定板１０５を間に挟んで発光素子１０３及び光検出素子１０６が対向配置されている。光検出素子１０６は、回転板１０１の複数のトラックに対応する複数の光検出部により構成されている。
【０００４】
発光素子１０３と光検出素子１０６の光検出部とを結ぶ直線上において回転板１０１のスリットと固定板１０５の窓１０４とが重なると、発光素子１０３からの光は回転板１０１及び固定板１０５を通過して光検出素子１０６の光検出部に入射する。一方、回転板１０１のスリットと固定板１０５の窓１０４とが重ならない場合、発光素子１０３からの光は、回転板１０１に遮られて光検出素子１０６の光検出部に入射しない。そして、光検出素子１０６の各光検出部における光検出結果が符号化され、回転軸１１０の回転角の絶対値を表すグレイコードＧ０〜Ｇ４として出力される。
【０００５】
なお、アブソリュートエンコーダに関する技術は、以下の特許文献１及び特許文献２にも開示されている。
【特許文献１】特開平０５−０１８７８３号公報
【特許文献２】特開平０６−３４７２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１７に示した従来のアブソリュートエンコーダ１００においては、発光素子１０３から回転板１０１に照射される光が一定の広がりを有する。従って、回転板１０１と光検出素子１０６との位置関係が回転板１０１の回転に伴って変化してしまう場合には、回転板１０１のスリットを通過した光の光検出素子１０６における入射位置が、対応する光検出素子１０６の光検出部の位置に対してずれてしまう。また、回転板１０１が回転軸１１０に対して偏心して取り付けられているような場合でも同様である。従って、これらの場合においては、回転軸１１０の回転角の絶対値を正確に検出できない恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、回転軸の回転角の絶対値を正確に検出できるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明によるアブソリュートエンコーダは、（１）回転軸と、（２）回転軸に取り付けられ、所定パターンのスリットが円周方向に形成された複数のトラックを有するとともに、複数のトラックが複数の角度検出用トラック及び補正用トラックを含む回転板と、（３）複数の画素が一次元に配置された光検出部を有し、光検出部が回転板の径方向を長手方向として複数のトラックに対向するように設けられた光センサと、（４）回転板の複数のトラックを挟んで光センサの光検出部と対向するように設けられた光源と、（５）光センサの光検出部を構成する複数の画素のそれぞれから電荷を読み出す読み出し手段とを備え、（６）補正用トラックが、回転板の回転角によらず光源と光検出部との間に配置されるスリットを有するとともに複数の角度検出用トラックを挟んで設けられた第１の補正用トラック及び第２の補正用トラックを含み、（７）読み出し手段が、複数のトラックを通過した光が光検出部に入射する入射位置に関し、光検出部を構成する複数の画素に対して、第１の補正用トラックのスリットを通過した光が入射する第１の入射位置を含む第１画素領域内の画素、複数の角度検出用トラックのスリットを通過した光が入射する入射位置を含む第２画素領域内の画素、第２の補正用トラックのスリットを通過した光が入射する第２の入射位置を含む第３画素領域内の画素、の順で電荷の読み出しを繰り返し行い、（８）読み出し手段が第２画素領域内の画素から電荷を読み出す際に、直前の第３画素領域の読み出しによって得られた第２の入射位置と、直前の第１画素領域の読み出しによって得られた第１の入射位置とに基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定する入射位置推定手段をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
上記したアブソリュートエンコーダにおいては、光源から照射されて第１の補正用トラックのスリットを通過した光、及び第２の補正用トラックのスリットを通過した光を、光センサの光検出部が回転板の回転角によらず検出する。したがって、このアブソリュートエンコーダによれば、光センサの光検出部における複数のトラックを通過した光の入射位置のうち、第１の補正用トラックに対する第１の入射位置と第２の補正用トラックに対する第２の入射位置とを回転板の回転角によらず常に得ることができる。故に、回転板の位置が変化した場合であっても、この第１の入射位置及び第２の入射位置を参照して、複数の角度検出用トラックに対する補正された入射位置の推定を行うことにより、その入射位置への光の入射状態に基づいて光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無を正確に検出することができる。したがって、回転軸の回転角の絶対値を正確に測定することができる。
【００１０】
さらに、上記したアブソリュートエンコーダでは、複数の角度検出用トラックが第１及び第２の補正用トラックによって挟まれているので、第１の補正用トラックに対応する第１画素領域、複数の角度検出用トラックに対応する第２画素領域、及び第２の補正用トラックに対応する第３画素領域は、それぞれ光検出部の長手方向に順に配置されることとなる。従って、光検出部の複数の画素のそれぞれで生成された電荷の読み出しの際に、第１画素領域、第２画素領域、及び第３画素領域の順で読み出しを行うことにより、第１画素領域側から一方向に電荷を読み出せばよく、読み出し手段を簡易にできる。
【００１１】
さらに、上記したアブソリュートエンコーダでは、第２画素領域内にある各画素からの電荷の読み出しを行う際に、直前の第３画素領域からの電荷の読み出し、すなわち前回の光検出部の読み出しにおける第３画素領域の読み出しによって得られた第２の入射位置と、直前の第１画素領域からの電荷の読み出しによって得られた第１の入射位置とに基づいて、入射位置推定手段が複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定している。従って、このアブソリュートエンコーダによれば、１回の角度検出用データの取得につき光検出部を一方向に１回読み出せばよく、第１〜第３画素領域内の各画素の電荷量をすべて記憶する必要もないので、光検出部上の各角度検出用トラックのスリットの有無を効率よく検出することができる。
【００１２】
また、アブソリュートエンコーダは、複数の角度検出用トラックのスリットを通過した光を光センサの光検出部において検出することによって回転軸の回転角の絶対値を測定することが好ましい。
【００１３】
また、アブソリュートエンコーダは、入射位置推定手段が、第１の入射位置と第２の入射位置との間隔に基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴としてもよい。これにより、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を好適に推定することができる。
【００１４】
また、アブソリュートエンコーダは、読み出し手段が、第２の画素領域内の画素から電荷を読み出す際に、入射位置推定手段により推定された入射位置を中心とする有効領域に含まれる画素から電荷を取り出すとともに、有効領域の間の無効領域に含まれる画素からは電荷を取り出さないことを特徴としてもよい。これにより、光検出部から電荷を読み出す時間が短縮されるので、角度検出に要する時間を短縮することができる。
【００１５】
また、アブソリュートエンコーダは、光センサの光検出部において検出された、第１の補正用トラックを通過した光及び第２の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて、入射位置推定手段によって推定された入射位置において検出された光がスリットを通過した光であるか否かを判定するレベル判定手段を備えることを特徴してもよい。これにより、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無をより正確に判断することができるので、回転軸の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。
【００１６】
また、本発明による角度検出方法は、上記したアブソリュートエンコーダを用いた角度検出方法であって、（１）光源から回転板の複数のトラックに光を照射する照射ステップと、（２）光検出部を構成する複数の画素のうち、第１画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、第１の補正用トラックのスリットを通過した光を検出することにより、第１の補正用トラックに対する第１の入射位置を得る第１の検出ステップと、（３）第２画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、複数の角度検出用トラックのスリットを通過した光を検出する第２の検出ステップと、（４）第３画素領域内の画素のそれぞれから電荷を読み出して、第２の補正用トラックのスリットを通過した光を検出することにより、第２の補正用トラックに対する第２の入射位置を得る第３の検出ステップと、を備え、（５）第１〜第３の検出ステップを繰り返し行うとともに、（６）第２の検出ステップの際に、直前の第３の検出ステップにおいて得られた第２の入射位置と、直前の第１の検出ステップにおいて得られた第１の入射位置とに基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定し、補正された入射位置に入射した光を検出することを特徴とする。
【００１７】
上記した角度検出方法では、第１〜第３の検出ステップを繰り返すことにより、第１〜第３画素領域からの電荷の読み出しを繰り返し行っている。そして、第２の検出ステップの際に、直前の第３の検出ステップ、すなわち前回の光検出部の読み出しにおける第３の検出ステップによって得られた第２の入射位置と、直前の第１の検出ステップによって得られた第１の入射位置とに基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定している。従って、この角度検出方法によれば、１回の角度検出用データの取得につき光検出部を一方向に１回読み出せばよく、第１〜第３画素領域内の各画素の電荷量を一旦すべて記憶する必要もないので、上記構成の複数のトラックを利用した回転軸の回転角の絶対値の正確な検出を効率よく実行することができる。
【００１８】
また、角度検出方法は、（７）第２の検出ステップにおける検出結果に基づいて、回転板及び回転軸の回転角の絶対値を示すコードを生成するコード生成ステップをさらに備えることが好ましい。
【００１９】
また、角度検出方法は、第２の検出ステップの際に、第１の入射位置と第２の入射位置との間隔に基づいて、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を推定することを特徴としてもよい。これにより、複数の角度検出用トラックのそれぞれに対する補正された入射位置を好適に推定することができる。
【００２０】
また、角度検出方法は、第２の検出ステップの際に、補正された入射位置を中心とする有効領域の間の無効領域内の画素を読み飛ばしつつ、有効領域に入射した光を検出することを特徴としてもよい。これにより、光検出部から電荷を取り出す時間が短縮されるので、角度検出に要する時間を短縮することができる。
【００２１】
また、角度検出方法は、第２の検出ステップの際に、第１の補正用トラックを通過した光及び第２の補正用トラックを通過した光の強度に基づいて閾値を定め、入射位置において検出された光の強度と該閾値とを比較することにより、該入射位置において検出された光がスリットを通過した光であるか否かを判定することを特徴としてもよい。これにより、光検出部上における各角度検出用トラックのスリットの有無をより正確に判断することができるので、回転軸の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法によれば、回転軸の回転角の絶対値を正確に、かつ効率的に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面とともに本発明によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２４】
図１は、本発明によるアブソリュートエンコーダの実施形態を示す斜視図である。図１を参照すると、本実施形態のアブソリュートエンコーダ１は、回転軸２、回転板３、発光素子４、及び光センサ５を備えている。回転軸２は、回転角を検出する対象物に取り付けられており、図示しないアブソリュートエンコーダ１の筐体に支持されている。回転板３は、例えば金属や樹脂等から形成された円板状の部材であり、その中心が回転軸２に取り付けられて固定されている。回転板３は、該回転板３の円周方向に設けられた複数のトラックからなるトラック群１０を有しており、トラック群１０の各トラックには、所定パターンのスリット７ａ、７ｂが形成されている。
【００２５】
光センサ５は、発光素子４から出射されてスリット７ａを通過した光及びスリット７ｂを通過した光を検出して、これらの光の強度に応じた電荷Ｑを生成するための手段である。光センサ５は、複数の画素が一次元に配置された光検出部６を有しており、各画素において電荷Ｑを生成する。そして、光センサ５は、光検出部６を構成する複数の画素のそれぞれで生成された電荷Ｑを所定の順で変換部２０へと出力する。なお、光検出部６からの電荷の出力方法等については後述する。
【００２６】
この光センサ５としては、例えばラインイメージセンサなどを用いることができる。光センサ５は、光検出部６が回転板３の径方向を長手方向として、回転軸２の方向から見て回転板３のトラック群１０を横切るように設けられている。また、発光素子４は点光源であり、回転板３のトラック群１０を挟んで光センサ５の光検出部６と対向するように配置されている。発光素子４としては、例えばＬＥＤなどを用いることができる。
【００２７】
図２は、図１に示した回転板３を一部拡大して示す平面図である。図２を参照すると、トラック群１０には、少なくとも２本の補正用トラックからなる補正用トラック群８と、複数の角度検出用トラックからなる角度検出用トラック群９が含まれている。例えば本実施形態では、トラック群１０は１１本のトラックを有しており、そのうちの２本（補正用トラック群８）は、第１の補正用トラックである補正用トラック８ａ、及び第２の補正用トラックである補正用トラック８ｂである。また、他の９本（角度検出用トラック群９）は角度検出用トラック９ａ〜９ｉである。これら１１本のトラックは、互いに略一定の間隔をあけて配置されている。
【００２８】
また、本実施形態においては、補正用トラック８ａと補正用トラック８ｂとが、複数の角度検出用トラック９ａ〜９ｉを挟むように配置されている。すなわち、図１及び図２に示すアブソリュートエンコーダ１では、トラック群１０に含まれる複数のトラックは、回転軸２側から、第１の補正用トラック８ａ、角度検出用トラック９ａ〜９ｉ、第２の補正用トラック８ｂの順で配置されている。
【００２９】
補正用トラック８ａ、８ｂには、それぞれ所定パターンのスリット７ｂが円周方向に形成されている。スリット７ｂは、回転板３を厚さ方向に貫通して形成され、各補正用トラックにおいて回転板３の円周方向に複数並んで形成されている。補正用トラック８ａのスリット７ｂと、補正用トラック８ｂのスリット７ｂとは、その円周方向の位置がそれぞれ交互になるように配置されている。スリット７ｂは、補正用トラック８ａ及び８ｂのそれぞれにおいて、回転板３の回転角によらず発光素子４と光検出部６との間に少なくとも１つのスリット７ｂが存在するように配置されている。
【００３０】
また、補正用トラック８ａ、８ｂの間にある角度検出用トラック９ａ〜９ｉには、グレイコードなどの所定のパターンを表すスリット７ａが円周方向に形成されている。スリット７ａは、スリット７ｂと同様に回転板３を厚さ方向に貫通して形成されている。なお、本実施形態において角度検出用トラックが９本設定されているのは、９桁のグレイコードによって最大５１２通りのコードを生成できるため、グレイコードによって回転板３の回転角（０度〜３６０度）を表現し、回転軸２の回転角を検出する際の分解能を１度またはそれ以下とするためである。
【００３１】
ここで、図３（ａ）は、発光素子４、回転板３、及び光センサ５の相対位置関係を示す側面断面図である。また、図３（ｂ）は、スリット７ａを通過した光及びスリット７ｂを通過した光の照射領域１６及び１７と、光センサ５の光検出部６との位置関係を説明するための図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すると、発光素子４から回転板３に照射された光Ｌの一部は、スリット７ａまたは７ｂを通過して光センサ５の光検出部６に達する。このとき、角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａを通過した光は、角度検出用トラック９ａ〜９ｉに対応するライン１９ａ〜１９ｉ上に、スリット７ａの形状に相似した形状の照射領域１６を形成する。また、補正用トラック８ａ、８ｂのスリット７ｂを通過した光は、補正用トラック８ａ、８ｂに対応するライン１８ａ及び１８ｂ上に、スリット７ｂの形状に相似した形状の照射領域１７を形成する。
【００３２】
ここで、ライン１９ａ〜１９ｉ並びに１８ａ及び１８ｂは、回転板３からの距離が光検出部６とほぼ等しい面上における架空のラインであり、照射領域１６及び１７は、光検出部６上に形成される領域を除き、回転板３からの距離が光検出部６とほぼ等しい面上に形成される架空の領域である。光検出部６は、該光検出部６上の照射領域１６及び１７に入射する光を検出することとなる。また、本実施形態においては、上述した複数のトラックの配列に対応して、回転軸２側から、ライン１８ａ、ライン１９ａ〜１９ｉ、ライン１８ｂの順に各ラインが位置している。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、回転板３と光センサ５との間には所定の距離Ｄが存在する。このため、点光源である発光素子４からの光Ｌは、回転板３のスリット７ａまたは７ｂを通過した後、一定の広がりをもって光検出部６に入射する。したがって、図３（ｂ）に示したライン１８ａ、１９ａ〜１９ｉ、及び１８ｂの間隔は、回転板３の各トラック間隔よりも大きい。また、照射領域１６及び１７は、それぞれ回転板３に形成されたスリット７ａ及び７ｂよりも大きい。
【００３４】
図４（ａ）及び図４（ｂ）、並びに図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ回転板３の位置が光検出部６に対して相対的に変化した場合を説明するための図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、回転板３が光検出部６に近づいて、回転板３と光検出部６との間の距離がＤminとなった場合を示している。ここで、Ｄminは、製造誤差等によって回転板３と光検出部６との間の距離が変化することを見込んで設定された、該距離の最小許容値である。このように、回転板３と光検出部６との間の距離が小さくなると、ライン１８ａ、１９ａ〜１９ｉ、及び１８ｂ同士の間隔が狭まり、照射領域１６及び１７の幅及び長さも小さくなる。
【００３５】
これに対して、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、回転板３が光検出部６から遠ざかって、回転板３と光検出部６との間の距離がＤmaxとなった場合を示している。ここで、Ｄmaxは、製造誤差等によって回転板３と光検出部６との間の距離が変化することを見込んで設定された、該距離の最大許容値である。このように、回転板３と光検出部６との間の距離が大きくなると、ライン１８ａ、１９ａ〜１９ｉ、及び１８ｂ同士の間隔が拡がり、照射領域１６及び１７の幅及び長さも大きくなる。また、図５（ａ）に示した回転板３は、光検出部６に対して相対的に回転板３と平行な方向にずれている。このような状態は、主に回転板３が回転軸２に対して偏心して取り付けられることにより生じる。
【００３６】
光検出部６の長手方向の長さは、回転板３と光検出部６との間の距離がＤmaxとなる場合であり、かつ、回転板３が光検出部６に対して相対的に回転板３に平行な方向に偏心している場合においても、各ライン１８ａ、１９ａ〜１９ｉ、１８ｂの照射領域１６及び１７を全て含むことができる長さに設定されるとよい。換言すれば、光検出部６の必要な長さは、｛（回転板３のトラック群１０の幅）＋（回転板３の最大偏心量）×２｝×（回転板３と光検出部６との距離変化による照射領域１６及び１７の最大倍率）として算出される。また、光検出部６の長手方向と交差する方向の幅は、スリット７ａのうち円周方向の長さが最も短いスリット７ａによる照射領域１６の長さよりも短くなるように設定されるとよい。換言すれば、光検出部６の最大幅は、（最も短いスリット７ａの長さ）×（回転板３と光検出部６との距離変化による照射領域１６の最小倍率）として算出される。
【００３７】
また、図３（ｂ）、図４（ｂ）、及び図５（ｂ）に示すとおり、補正用トラック８ａ、８ｂでは、照射領域１７が回転板３の回転角によらず光検出部６内に少なくとも１つ含まれるように、スリット７ｂの円周方向の長さ及びスリット７ｂ同士の間隔がそれぞれ設けられている。特に、回転板３と光検出部６との間の距離がＤmaxとなる際（図５（ｂ）参照）には照射領域１７が拡がるため、回転板３と光検出部６との間の距離がＤmaxとなる場合を基準としてスリット７ｂの円周方向の長さ及びスリット７ｂ同士の間隔がそれぞれ設けられるとよい。
【００３８】
再び図１を参照すると、アブソリュートエンコーダ１は、変換部２０、入射位置推定部２１、レベル判定部２２、及びコード生成部２３をさらに備えている。これらのうち、変換部２０は光センサ５に電気的に接続された電気回路によって主に実現される。また、入射位置推定部２１、レベル判定部２２、及びコード生成部２３は、例えば中央演算装置を内蔵したコンピュータによって実現することができる。或いは、これらの手段は電気回路によっても実現することができる。
【００３９】
変換部２０は、光センサ５の光検出部６に電気的に接続されている。変換部２０は、光検出部６の複数の画素それぞれから取り出された電荷Ｑを電圧信号に変換して光強度信号Ｓ１及びＳ３を生成するための変換手段である。図６は、図１に示した光センサ５の光検出部６から電荷Ｑを読み出すための構成を示す模式図である。本実施形態の光センサ５においては、光検出部６を構成する複数の画素６ａに対して電荷読み出し部６０といった読み出し手段が設けられており、光検出部６の複数の画素６ａそれぞれからの電荷Ｑはこの電荷読み出し部６０を介して変換部２０へと出力される。
【００４０】
電荷読み出し部６０は、変換部２０及び電荷読み出し部６０を電気的に接続する配線６１と、光検出部６の複数の画素６ａのそれぞれに対して設けられて画素６ａ及び配線６１を電気的に接続する配線６２と、各画素６ａからの電荷Ｑの読み出しを制御するシフトレジスタ６５とを有する。また、画素６ａからの配線６２には、それぞれ画素６ａ及び配線６１の間の接続を切り換えるスイッチ６３が設けられており、シフトレジスタ６５は、このスイッチ６３の開閉を制御することによって電荷Ｑの読み出しを制御している。以上の構成を有する電荷読み出し部６０により、光検出部６の複数の画素６ａのそれぞれから、所定の順で電荷Ｑが読み出される。
【００４１】
光検出部６からの電荷Ｑが入力される変換部２０は、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂ付近の画素（図３（ｂ）参照）からの電荷Ｑを増幅し、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに入射した光の強度を示す光強度信号Ｓ１を生成して、光強度信号Ｓ１を入射位置推定部２１及びレベル判定部２２へ出力する。また、変換部２０は、入射位置推定部２１からの指示信号Ｓ２によって指示された入射位置付近の画素から電荷Ｑを取り出し、この電荷Ｑを積分するとともに電圧信号に変換して光強度信号Ｓ３を生成し、光強度信号Ｓ３をレベル判定部２２へ出力する。
【００４２】
また、変換部２０は、各画素と発光素子４との距離に応じた増幅率で光強度信号Ｓ１及びＳ３を増幅する回路をさらに備えてもよい。具体的には、変換部２０において、発光素子４との距離が小さい画素からの電荷Ｑによる光強度信号Ｓ１及びＳ３の増幅率を小さくし、発光素子４との距離が大きい画素からの電荷Ｑによる光強度信号Ｓ１及びＳ３の増幅率を大きくするとよい。光強度信号Ｓ１及びＳ３をこのように増幅することによって、各画素と発光素子４との距離の相違に起因する各画素間における光強度の差を補正することができる。
【００４３】
入射位置推定部２１は、複数のトラックを通過した光が入射した光検出部６における入射位置のうち、補正用トラック８ａに対する第１の入射位置１２ａと、補正用トラック８ｂに対する第２の入射位置１２ｂとに基づいて、角度検出用トラック９ａ〜９ｉのそれぞれに対する補正された入射位置１３ａ〜１３ｉを推定するための入射位置推定手段である（図３（ｂ）参照）。ここで、光検出部６とライン１８ａとが交差する位置が第１の入射位置１２ａとなり、光検出部６とライン１８ｂとが交差する位置が第２の入射位置１２ｂとなり、光検出部６とライン１９ａ〜１９ｉとが交差する位置が入射位置１３ａ〜１３ｉとなる。入射位置推定部２１における推定方法を、図３（ｂ）及び図７を用いて以下に説明する。
【００４４】
図３（ｂ）を参照すると、第１の入射位置１２ａ、入射位置１３ａ〜１３ｉ、及び第２の入射位置１２ｂは、それぞれ互いに間隔Ｐ１を隔てている。このとき、補正用トラック８ａ、８ｂに対応する入射位置１２ａ、１２ｂは、入射位置１３ａ〜１３ｉを間にして間隔Ｐ１×１０を隔てている。間隔Ｐ１は、発光素子４、回転板３、及び光検出部６の相対位置、並びに回転板３のトラック群１０でのトラック間隔によって定まる。ここで、補正用トラック８ａ及び８ｂのスリット７ｂは、前述したように補正用トラック８ａ及び８ｂのそれぞれにおいて、回転板３の回転角によらず発光素子４と光検出部６との間に少なくとも１つのスリット７ｂが存在するように配置されている。従って、光検出部６には、回転板３の回転角によらず常に補正用トラック８ａを通過した光及び補正用トラック８ｂを通過した光が入射する。
【００４５】
図７は、光検出部６の複数の画素６ａと、各画素６ａから電荷読み出し部６０によって読み出された電荷Ｑに基づいて生成された光強度分布の一例とを併せて示す図である。本実施形態のアブソリュートエンコーダ１では、電荷読み出し部６０（図６参照）は、第１の補正用トラック８ａが位置する側である回転軸２側の端部の画素を含み、補正用トラック８ａのスリット７ｂを通過した光が入射する第１の入射位置１２ａを含む領域（第１画素領域）Ｒ１内の画素のそれぞれについて電荷Ｑの読み出しを行う。この第１画素領域Ｒ１では、第１の入射位置１２ａに近い画素６ａほど光強度が大きい光強度信号Ｓ１が得られている。これは、第１の入射位置１２ａ上に発光素子４からの光を通過させる補正用トラック８ａが位置しているためである。
【００４６】
入射位置推定部２１は、変換部２０から得た光強度信号Ｓ１に基づいて補正用トラック８ａに対応する第１の入射位置１２ａを検出する。具体的には、電荷読み出し部６０は、図７中に矢印で示すように、第１画素領域Ｒ１内にある画素６ａに対し、最も回転軸２側の画素から内側の画素へと順次電荷の読み出しを行う。このとき、変換部２０に入力される領域Ｒ１からの電荷Ｑの信号列において、最初に検出される光強度信号Ｓ１のピークが補正用トラック８ａに対応するピークとなる。したがって、このピークの中心位置により第１の入射位置１２ａを検出することができる。
【００４７】
続いて、電荷読み出し部６０は、第１画素領域Ｒ１に隣接する領域であり、角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａを通過した光が入射する入射位置１３ａ〜１３ｉを含む領域（第２画素領域）Ｒ２内の画素のそれぞれについて、図７中に矢印で示す順で電荷Ｑの読み出しを行う。
【００４８】
続いて、電荷読み出し部６０は、補正用トラック８ｂのスリット７ｂを通過した光が入射する第２の入射位置１２ｂを含み、第１画素領域Ｒ１との間に第２画素領域Ｒ２を挟んで配置される領域（第３画素領域）Ｒ３内の画素のそれぞれについて電荷Ｑの読み出しを行う。この第３画素領域Ｒ３では、第２の入射位置１２ｂに近い画素６ａほど光強度が大きい光強度信号Ｓ１が得られている。これは、第２の入射位置１２ｂ上に補正用トラック８ｂが位置しているためである。
【００４９】
入射位置推定部２１は、変換部２０から得た光強度信号Ｓ１に基づいて補正用トラック８ｂに対応する第２の入射位置１２ｂを検出する。具体的には、電荷読み出し部６０は、図７中に矢印で示すように、第３画素領域Ｒ３内にある画素６ａに対し、第２画素領域Ｒ２に隣接する画素６ａから、最も回転軸２から遠い側の画素６ａへと順次電荷の読み出しを行う。このとき、変換部２０に入力される第３画素領域Ｒ３からの電荷Ｑの信号列において、最初に検出される光強度信号Ｓ１のピークが補正用トラック８ｂに対応するピークとなる。したがって、このピークの中心位置により第２の入射位置１２ｂを検出することができる。
【００５０】
電荷読み出し部６０は、上記した第１画素領域Ｒ１、第２画素領域Ｒ２、及び第３画素領域Ｒ３内の画素６ａからの電荷の取り出しを、この順序でもって繰り返し行う。ここで、入射位置推定部２１は、電荷読み出し部６０が第２画素領域Ｒ２内の画素から電荷を読み出す際に、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間の間隔Ｐ１×１０を求め、その結果から、入射位置１２ａ、１３ａ〜１３ｉ、１２ｂでの位置間隔Ｐ１を求める。そして、第１の入射位置１２ａ及び第２入射位置１２ｂの一方または両方の位置を基準として、間隔Ｐ１でもって入射位置１３ａ〜１３ｉのそれぞれの位置を推定する。このとき、入射位置推定部２１は、直前の第３画素領域Ｒ３の読み出し（すなわち、前回の光検出部６の読み出しにおける第３画素領域Ｒ３の読み出し）によって検出された第２の入射位置１２ｂと、直前の第１画素領域Ｒ１の読み出しによって検出された第１の入射位置１２ａとを用いる。換言すれば、入射位置推定部２１は、ｎ回目（ｎは自然数）の光検出部６の読み出しにおける入射位置１３ａ〜１３ｉの推定に、ｎ−１回目の光検出部６の読み出しにおける第３画素領域Ｒ３の読み出しによって検出された第２の入射位置１２ｂと、ｎ回目の光検出部６の読み出しにおける第１画素領域Ｒ１の読み出しによって検出された第１の入射位置１２ａとを用いる。
【００５１】
図８は、入射位置推定部２１における入射位置１３ａ〜１３ｉの推定手順の具体例を説明するための図である。なお、図８では、光検出部６が有する画素数を簡略化（２２画素）している。ここで、本具体例において、入射位置推定部２１は、スキャン・カウンタ（ＳＣＣ）及びスパン・カウンタ（ＳＰＣ）を有している。スキャン・カウンタは、光検出部６の１つの画素６ａから電荷Ｑを読み終えるたびにカウントアップされる数である。スパン・カウンタは、光検出部６の１つの画素６ａから電荷Ｑを読み終えるたびにカウントダウンされる数である。
【００５２】
図８を参照すると、光検出部６のｎ−１回目の読み出しにおいて、第２の入射位置１２ｂn-1が１８番目の画素６ａにおいて検出されている。このとき、スキャン・カウンタＳＣＣ（ｎ−１）は最初の画素６ａの読み出し時を起点としてカウントアップされるので、第２の入射位置１２ｂn-1が検出されたときのスキャン・カウンタＳＣＣ（ｎ−１）は１８となる。次に、光検出部６のｎ回目の読み出しにおいて、第１の入射位置１２ａnが５番目の画素６ａにおいて検出されている。このとき、スパン・カウンタＳＰＣ（ｎ）はｎ−１回目の読み出しにおけるスキャン・カウンタ値ＳＣＣ（ｎ−１）（＝１８）からカウントダウンされており、第１の入射位置１２ａnが検出されたときのスパン・カウンタＳＰＣ（ｎ）は１４となる。すなわち、このスパン・カウンタＳＰＣ（ｎ）の値が、直前に検出された第２の入射位置１２ｂn-1と直前に検出された第１の入射位置１２ａnとの間隔（＝１４画素）である。そして、この間隔に対応する入射位置１３ａ〜１３ｉを、例えば複数の入射位置パターンの中から選択することにより、入射位置１３ａ〜１３ｉを推定することができる。
【００５３】
さらに、ｎ回目の読み出しにおいて、第２の入射位置１２ｂnが１９番目の画素６ａにおいて検出されている。このとき、スキャン・カウンタＳＣＣ（ｎ）は１９となる。また、光検出部６のｎ＋１回目の読み出しにおいて、第１の入射位置１２ａn+1が７番目の画素６ａにおいて検出されている。このとき、スパン・カウンタＳＰＣ（ｎ＋１）はｎ回目の読み出しにおけるスキャン・カウンタ値ＳＣＣ（ｎ）（＝１９）からカウントダウンされ、第１の入射位置１２ａn+1が検出されたときのスパン・カウンタＳＰＣ（ｎ＋１）は１３となる。従って、直前に検出された第２の入射位置１２ｂnと直前に検出された第１の入射位置１２ａn+1との間隔は１３画素である。ここでも上記したｎ回目の読み出しと同様にして、入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する。
【００５４】
さらに、ｎ＋１回目の読み出しにおいて、第２の入射位置１２ｂn+1が１７番目の画素６ａにおいて検出されている。このとき、スキャン・カウンタＳＣＣ（ｎ＋１）は１７となる。また、光検出部６のｎ＋２回目の読み出しにおいて、第１の入射位置１２ａn+2が３番目の画素６ａにおいて検出されている。このとき、スパン・カウンタＳＰＣ（ｎ＋２）は１５となる。従って、直前に検出された第２の入射位置１２ｂn+1と直前に検出された第１の入射位置１２ａn+2との間隔は１５画素である。この間隔に基づき、入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する。このように、本具体例では、スキャン・カウンタＳＣＣ及びスパン・カウンタＳＰＣを用い、入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する直前に検出された第２の入射位置１２ｂと第１の入射位置１２ａとの間隔に基づいて、入射位置１３ａ〜１３ｉを推定している。
【００５５】
再び図６を参照すると、入射位置推定部２１は、推定した入射位置１３ａ〜１３ｉ付近の画素から順次電荷Ｑを送るように指示するための指示信号Ｓ６を電荷取り出し部６０へ出力する。また、入射位置推定部２１は、光センサ５から送られる電荷Ｑを入射位置１３ａ〜１３ｉ毎に順次取り込むように指示するための指示信号Ｓ２を変換部２０へ出力する。電荷読み出し部６０は、第２画素領域Ｒ２内の画素のそれぞれについて、図７中に矢印で示す順で電荷Ｑの読み出しを行う。このとき、電荷読み出し部６０は、入射位置推定部２１により推定された入射位置１３ａ〜１３ｉを中心とする有効領域１４ａ〜１４ｉに含まれる画素６ａから電荷Ｑを取り出すとともに、読み出しの高速化のため、有効領域１４ａ〜１４ｉの間の無効領域１５に含まれる画素６ａからは電荷Ｑを取り出さない。こうして得られる第２画素領域Ｒ２からの電荷Ｑの信号列が、回転軸２の回転角の検出に用いられる。
【００５６】
再び図１を参照すると、レベル判定部２２は、光検出部６において検出された、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光の強度に基づいて、入射位置１３ａ〜１３ｉにおいてスリット７ａを通過した光が有るかないかを判定するためのレベル判定手段である。具体的には、レベル判定部２２は、変換部２０から光強度信号Ｓ１及びＳ３を受ける。そして、レベル判定部２２は、第１の入射位置１２ａ付近の各画素に対応する光強度信号Ｓ１と、第２の入射位置１２ｂ付近の各画素に対応する光強度信号Ｓ１とを加算することにより、補正用トラック８ａを通過した光の強度と補正用トラック８ｂを通過した光の強度との合計値を得る。
【００５７】
続いて、レベル判定部２２は、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光の強度の合計値に基づいて閾値を設定する。このとき、閾値を、例えば光強度の合計値の２分の１としてもよいし、これ以外の任意の割合としてもよい。そして、レベル判定部２２は、変換部２０から入力した光強度信号Ｓ３と閾値とを比較することにより、光強度信号Ｓ３がスリット７ａを通過した光が有るかないかを判定して判定結果Ｓ４を生成する。レベル判定部２２は、判定結果Ｓ４をコード生成部２３へ出力する。
【００５８】
コード生成部２３は、レベル判定部２２からの判定結果Ｓ４に基づいて、回転軸２及び回転板３の回転角の絶対値を表すグレイコードＳ５を生成するための手段である。コード生成部２３は、入射位置１３ａ〜１３ｉ付近の画素に関する光強度信号Ｓ３が、角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａを通過した光が有るかないかを判定結果Ｓ４から知ることができる。そして、光強度信号Ｓ３がスリット７ａを通過した光によるものである場合（すなわち、光強度信号Ｓ３が閾値より大きい場合）、その入射位置に対応するグレイコードのビットを１とする。光強度信号Ｓ３がスリット７ａを通過した光によるものでない場合（すなわち、光強度信号Ｓ３が閾値より小さい場合）、その入射位置に対応するグレイコードのビットを０とする。こうして、９桁のグレイコードＳ５を生成する。コード生成部２３は、生成したグレイコードＳ５をアブソリュートエンコーダ１の外部へ出力する。
【００５９】
次に、以上の構成を備えるアブソリュートエンコーダ１の動作の説明として、アブソリュートエンコーダ１を用いた角度検出方法を説明する。なお、以下に説明する方法において、アブソリュートエンコーダ１が備える変換部２０、レベル判定部２２、及びコード生成部２３を用いるが、これらの手段はアブソリュートエンコーダ１の外部に設けられていてもよい。
【００６０】
図９は、本実施形態による角度検出方法の一例を示すフローチャートである。本角度検出方法では、まず、発光素子４から回転板３のトラック群１０へ向けて光を照射する（照射ステップ、Ｓ１０１）。このとき、光センサ５の光検出部６を構成する複数の画素６ａに対してスリット７ａ、７ｂを通過した光が入射し、その光強度に応じた量の電荷Ｑが発生する。そして、電荷読み出し部６０及び変換部２０により、光検出部６の各画素６ａからの電荷Ｑの読み出し及び光強度信号の生成が順次行われる。
【００６１】
まず、読み出し部６０は、光検出部６を構成する複数の画素６ａのうち、第１画素領域Ｒ１内の画素６ａのそれぞれから電荷Ｑを読み出す。読み出された電荷Ｑは変換部２０で電圧信号に変換され、光強度信号Ｓ１となる（Ｓ１０２）。光強度信号Ｓ１は、変換部２０から入射位置推定部２１及びレベル判定部２２へと出力される。そして、入射位置推定部２１は、光強度信号Ｓ１が第１画素領域Ｒ１内で最初にピークとなる光検出部６上の位置を検出し、この位置を補正用トラック８ａを通過した光が入射した第１の入射位置１２ａとする（第１の検出ステップ、Ｓ１０３）。
【００６２】
次に、第２の検出ステップＳ１０４〜Ｓ１０８を説明する。まず、入射位置推定部２１において、第１の検出ステップＳ１０２において得られた第１の入射位置１２ａと、前回の光検出部６の読み出しにおける第２の検出ステップＳ１１１（後述）において得られた第２の入射位置１２ｂとに基づき、角度検出用トラック９ａ〜９ｉのそれぞれを通過する光が入射する入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する。すなわち、入射位置推定部２１では、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間の間隔Ｐ１×１０を求め（Ｓ１０４）、さらに隣接する入射位置間の間隔Ｐ１を求める。そして、第１の入射位置１２ａ及び第２入射位置１２ｂの一方または両方の位置を基準として、間隔Ｐ１でもって入射位置１３ａ〜１３ｉのそれぞれの位置が推定される（Ｓ１０５）。一方、レベル判定部２２においては、変換部２０からの光強度信号Ｓ１に基づいて閾値が定められる（Ｓ１０６）。
【００６３】
続いて、読み出し部６０は、第２画素領域Ｒ２内の画素６ａのそれぞれから電荷Ｑを読み出す。変換部２０は、入射位置推定部２１において推定された入射位置１３ａ付近の画素から電荷Ｑを取り出し、これを積分するとともに電圧信号に変換して光強度信号Ｓ３を生成する（Ｓ１０７）。光強度信号Ｓ３はレベル判定部２２へ出力され、レベル判定部２２において、光強度信号Ｓ３と閾値とが比較される。これにより、入射位置１３ａにおいて検出された光がスリット７ａを通過した光であるか否かが判定される（Ｓ１０８）。この入射位置１３ａに関する判定結果Ｓ４が、レベル判定部２２からコード生成部２３へ出力される。以降、入射位置１３ｂ〜１３ｉのそれぞれについてステップＳ１０７、Ｓ１０８が繰り返される。このとき、ステップＳ１０７において、読み出し部６０は、推定された入射位置１３ａ〜１３ｉを中心とする有効領域１４ａ〜１４ｉの間の無効領域１５内の画素６ａを読み飛ばしつつ、有効領域１４ａ〜１４ｉ内の画素６ａのそれぞれから電荷Ｑを読み出す。
【００６４】
コード生成部２３では、レベル判定部２２からの判定結果Ｓ４に基づいて、グレイコードＳ５が生成される（コード生成ステップ、Ｓ１０９）。そして、生成されたグレイコードＳ５は、アブソリュートエンコーダ１の外部へ出力される。このグレイコードＳ５によって、回転軸２及び回転板３の回転角の絶対値が読みとられる。
【００６５】
続いて、読み出し部６０は、第３画素領域Ｒ３内の画素６ａのそれぞれから電荷Ｑを読み出す。読み出された電荷Ｑは変換部２０で電圧信号に変換され、光強度信号Ｓ１となる（Ｓ１１０）。光強度信号Ｓ１は、変換部２０から入射位置推定部２１及びレベル判定部２２へと出力される。そして、入射位置推定部２１は、光強度信号Ｓ１が第３画素領域Ｒ３内で最初にピークとなる光検出部６上の位置を検出し、この位置を補正用トラック８ｂを通過した光が入射した第２の入射位置１２ｂとする（第２の検出ステップ、Ｓ１１１）。
【００６６】
以上に説明したステップＳ１０２〜Ｓ１１１は、角度検出の終了まで繰り返し実行される（Ｓ１１２）。
【００６７】
上記した実施形態によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法の効果について説明する。図１に示したアブソリュートエンコーダ１では、補正用トラック８ａ及び８ｂそれぞれにおいて、スリット７ｂが回転板３の回転角によらず発光素子４と光検出部６との間に少なくとも１つ存在するように配置されている。したがって、発光素子４から照射されて補正用トラック８ａのスリット７ｂを通過した光及び補正用トラック８ｂのスリット７ｂを通過した光を、光センサ５の光検出部６が回転板３の回転角によらず常に検出するので、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとを回転板３の回転角によらず常に得ることができる。故に、回転板３の位置が変化した場合であっても、この第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂを参照して、補正された入射位置１３ａ〜１３ｉの推定を行うことにより、その入射位置１３ａ〜１３ｉへの光の入射状態に基づいて光検出部６上における各角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａの有無を正確に検出することができる。したがって、本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１によれば、回転軸２の回転角の絶対値を正確に測定することができる。
【００６８】
一般的に、アブソリュートエンコーダが光源を１つだけ備える場合、回転板の回転軸への取り付け誤差によって、図４、図５に示したように光検出部への入射位置が本来の位置からずれる場合がある。回転板が回転軸に対して偏心して取り付けられている場合も同様である。本実施形態によれば、上記のように回転板３の位置が変化した場合であっても回転軸２の回転角の絶対値を正確に検出することができるので、点光源である発光素子４を１つだけ備えればよく、また、装置を大型化する複雑な光学系や長い光路長のスペースを必要としない。従って、１つの光源を有する小型のアブソリュートエンコーダ１を提供することが可能になる。
【００６９】
さらに、本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１では、複数の角度検出用トラック９ａ〜９ｉが第１の補正用トラック８ａ及び第２の補正用トラック８ｂによって挟まれているので、第１の補正用トラック８ａに対応する第１画素領域Ｒ１、複数の角度検出用トラック９ａ〜９ｉに対応する第２画素領域Ｒ２、及び第２の補正用トラック８ｂに対応する第３画素領域Ｒ３は、それぞれ光検出部６の長手方向に順に配置されることとなる。従って、本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１のように、光検出部６の複数の画素６ａのそれぞれで生成された電荷Ｑの読み出しの際に、第１画素領域Ｒ１、第２画素領域Ｒ２、及び第３画素領域Ｒ３の順で読み出しを行うことにより、第１画素領域Ｒ１側から一方向に電荷Ｑを読み出せば（スキャンすれば）よく、電荷読み出し部６０を簡易にできる。
【００７０】
また、本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１では、第１画素領域Ｒ１〜第３画素領域Ｒ３からの電荷Ｑの読み出しを繰り返し行っている。そして、第２画素領域Ｒ２内にある各画素６ａからの電荷Ｑの読み出しを行う際に、直前の第３画素領域Ｒ３及び第１画素領域Ｒ１からの電荷Ｑの読み出しによって得られた第２の入射位置１２ｂ及び第１の入射位置１２ａに基づいて、入射位置推定部２１が複数の角度検出用トラック９ａ〜９ｉのそれぞれに対する補正された入射位置１３ａ〜１３ｉを推定している。
【００７１】
ここで、第１画素領域Ｒ１側から一方向に電荷を読み出す場合における、本実施形態とは異なる入射位置推定方法について考察する。すなわち、一つの方法として、まず１回目の光検出部６の読み出しにおいて第１画素領域Ｒ１及び第３画素領域Ｒ３から電荷Ｑを読み出し、得られた第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに基づいて入射位置１３ａ〜１３ｉを推定し、２回目の光検出部６の読み出しにおいて第２画素領域Ｒ２内の入射位置１３ａ〜１３ｉの画素６ａから電荷Ｑを読み出す方法が考えられる。しかし、この方法では、１回のグレイコードの取得につき光検出部６を一方向に２回読み出す（スキャンする）必要があり、非効率的である。この方法とは別に、１回の光検出部６の読み出しにより得られる第１画素領域Ｒ１〜第３画素領域Ｒ３内の各画素６ａの電荷量を一旦すべて記憶する方法も考えられる。この方法では、記憶された第１画素領域Ｒ１及び第３画素領域Ｒ３における電荷量に基づいて第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂを得て入射位置１３ａ〜１３ｉを推定し、記憶された第２画素領域Ｒ２における電荷量と推定した入射位置１３ａ〜１３ｉとに基づいて、各角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａを通過した光Ｌを検出することができる。しかし、この方法では、第１画素領域Ｒ１〜第３画素領域Ｒ３内の各画素６ａの電荷量をすべて記憶する必要があり、電荷量を一旦すべて記憶した後に各角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａの有無を判定する処理を行うので、やはり非効率的であり、また比較的容量の大きな記憶装置が別途必要となる。
【００７２】
これらの方法に対し、本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１では、第２画素領域Ｒ２の読み出しを行う際に、直前の第３画素領域Ｒ３の読み出し、すなわち前回の光検出部６の読み出し（スキャン）における第３画素領域Ｒ３の読み出しによって得られた第２の入射位置１２ｂと、直前の第１画素領域Ｒ１の読み出しによって得られた第１の入射位置１２ａとに基づいて、入射位置推定部２１が角度検出用トラック９ａ〜９ｉのそれぞれに対する入射位置１３ａ〜１３ｉを推定している。従って、このアブソリュートエンコーダ１によれば、１回のグレイコードの取得につき光検出部６を一方向に１回読み出せば（スキャンすれば）よく、光検出部６上の各角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａの有無を効率よく検出することができる。また、第１画素領域Ｒ１〜第３画素領域Ｒ３内の各画素６ａの電荷量をすべて記憶する必要もないので、装置を小型にできる。
【００７３】
また、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとは互いに比較的遠く離れている。本実施形態によるアブソリュートエンコーダ１では、ｎ−１回目のスキャンの最後に第３画素領域Ｒ３から電荷Ｑを読み出して第２の入射位置１２ｂを得た後、ｎ回目のスキャンの最初に第１画素領域Ｒ１を読み出して第１の入射位置１２ａを得ているので、第１の入射位置１２ａの取得時刻と第２の入射位置１２ｂの取得時刻との差を小さくすることができる。これにより、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間隔をより正確に求めることができるので、回転軸２の回転角の絶対値をより正確に測定することができる。
【００７４】
また、本実施形態による角度検出方法では、アブソリュートエンコーダ１を用い、第１の検出ステップＳ１０３〜第３の検出ステップＳ１１１を繰り返すことにより、第１画素領域Ｒ１〜第３画素領域Ｒ３からの電荷Ｑの読み出しを繰り返し行っている。そして、第２の検出ステップＳ１０４〜Ｓ１０８の際に、直前の第３の検出ステップＳ１１１、すなわち前回の光検出部６の読み出し（スキャン）における第３の検出ステップＳ１１１によって得られた第２の入射位置１２ｂと、直前の第１の検出ステップＳ１０３によって得られた第１の入射位置１２ａとに基づいて、複数の角度検出用トラック９ａ〜９ｉのそれぞれに対応する入射位置１３ａ〜１３ｉを推定している。従って、本実施形態の角度検出方法によれば、１回のグレイコードの取得につき光検出部６を一方向に１回読み出せば（スキャンすれば）よく、トラック群１０を利用した回転軸２の回転角の絶対値の正確な検出を効率よく実行することができる。
【００７５】
ここで、図１０及び図１１は、２つの補正用トラックを用いた場合での、角度検出用トラックを通過した光の入射位置の推定について示す図である。
【００７６】
図１０は、図１に示したアブソリュートエンコーダ１とは異なり、回転板３での補正用トラック８ａ、８ｂ、及びそれらに対応する光センサ５の光検出部６への光の入射位置１２ａ、１２ｂが、いずれも角度検出用トラック９ａ〜９ｉ、及びそれらに対応する入射位置１３ａ〜１３ｉよりも回転軸２側に位置する構成とした場合の入射位置の推定について示している。このような構成では、補正用トラック８ａ、８ｂに対応する入射位置１２ａ、１２ｂ間の間隔は、隣接する入射位置間での入射位置間隔Ｐ１となる。
【００７７】
この構成において、第２の補正用トラック８ｂのスリット７ｂがゴミなどによって目詰まりし、あるいは、入射位置１２ｂに対応する領域の画素にゴミが付着するなどにより、図９に示すように、第２の補正用トラック８ｂのスリット７ｂを通過した光の一部が検出されなかった場合を考える。このとき、第２の入射位置１２ｂがΔＰだけずれて検出されることにより、入射位置１２ａ、１２ｂから求められる入射位置間隔Ｐ２は、本来の間隔Ｐ１に対してＰ２＝Ｐ１＋ΔＰとなる。さらに、この間隔Ｐ２を用いて入射位置１３ａ〜１３ｉを推定した場合、最も回転軸２から遠い側の入射位置１３ｉでは、間隔推定エラーΔＰが積算されて、推定された入射位置が本来の入射位置１３ｉからΔＰ×１０と大きくずれることとなる。
【００７８】
これに対して、図１１は、図１に示したアブソリュートエンコーダ１のように、回転板３での補正用トラック８ａ、８ｂ、及びそれらに対応する光センサ５の光検出部６への光の入射位置１２ａ、１２ｂが、角度検出用トラック９ａ〜９ｉ、及びそれらに対応する入射位置１３ａ〜１３ｉを挟むように配置された場合の入射位置の推定について示している。このような構成では、補正用トラック８ａ、８ｂに対応する入射位置１２ａ、１２ｂ間の間隔は入射位置間隔の１０倍の間隔Ｐ１×１０となる。
【００７９】
この構成において、第２の補正用トラック８ｂのスリット７ｂがゴミなどによって目詰まりし、あるいは、入射位置１２ｂに対応する領域の画素にゴミが付着するなどにより、図１１に示すように、第２の補正用トラック８ｂのスリット７ｂを通過した光の一部が検出されなかった場合を考える。このとき、第２の入射位置１２ｂがΔＰだけずれて検出されるが、入射位置１２ａ、１２ｂから求められる入射位置間隔Ｐ２は、本来の間隔Ｐ１に対してＰ２＝Ｐ１＋ΔＰ／１０となり、そのずれは充分に小さくなる。さらに、この間隔Ｐ２を用いて入射位置１３ａ〜１３ｉを推定した場合、いずれも第２の入射位置１２ｂからみて第１の入射位置１２ａ側に位置しているため、その推定エラーはΔＰよりも小さくなる。以上のように、２つの補正用トラック８ａ、８ｂを複数のトラックの両端に配置することにより、補正用トラックを用いた角度検出用トラックに対する入射位置の補正の精度を向上することができる。
【００８０】
また、入射位置推定部２１は、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間隔に基づいて、入射位置１３ａ〜１３ｉを推定することが好ましい。これによって、入射位置１３ａ〜１３ｉを好適に推定することができる。
【００８１】
また、本実施形態のように、電荷読み出し部６０は（第２の検出ステップにおいては）、第２の画素領域Ｒ２内の画素６ａから電荷Ｑを読み出す際に、入射位置推定部２１により推定された入射位置１３ａ〜１３ｉを中心とする有効領域１４ａ〜１４ｉに含まれる画素６ａから電荷Ｑを取り出すとともに、有効領域１４ａ〜１４ｉの間の無効領域１５に含まれる画素６ａからは電荷Ｑを取り出さないことが好ましい。これにより、光検出部６から電荷Ｑを読み出す時間が短縮されるので、角度検出に要する時間を短縮することができる。
【００８２】
また、本実施形態のように、アブソリュートエンコーダ１は、光検出部６において検出された補正用トラック８ａを通過した光及び補正用トラック８ｂを通過した光の強度に基づいて、入射位置推定部２１によって推定された入射位置１３ａ〜１３ｉにおいて検出された光がスリット７ａを通過した光であるか否かを判定するレベル判定部２２を備えることが好ましい。これによって、光検出部６上における各角度検出用トラック９ａ〜９ｉのスリット７ａの有無をより正確に判断することができるので、回転軸２の回転角の絶対値をより正確に検出することができる。
【００８３】
また、本実施形態のように、アブソリュートエンコーダ１は、照射領域１７が回転板３の回転角によらず光検出部６内に少なくとも１つ含まれるように、スリット７ｂの円周方向の長さ、及びスリット７ｂ同士の間隔が設けられていることが好ましい。これによって、補正用トラック８ａまたは８ｂを通過して光検出部６に入射する光の強度を回転板３の回転角によらずほぼ一定に保つことができるので、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂをさらに正確に得ることができる。また、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光の強度を安定して得ることができるので、レベル判定部２２において安定した閾値を求めることができる。
【００８４】
また、光検出部６の画素６ａからの電荷Ｑの読み出しに用いられる画素領域Ｒ１〜Ｒ３については、あらかじめ固定に設定しても良い。あるいは、補正用トラック８ａ、８ｂに対応する入射位置１２ａ、１２ｂの検出結果に応じて、リアルタイムに設定しても良い。そのような方法の例としては、図７に示した電荷Ｑの読み出し方法において、第３画素領域Ｒ３について、第２画素領域Ｒ２に隣接する画素６ａから順次電荷Ｑの読み出しを行って、最初のピークを検出した時点で第２の入射位置１２ｂを求めるとともに、求められた入射位置１２ｂに基づいた所定の画素６ａまでを第２画素領域Ｒ２として電荷の読み出しを終了する。次に、第１画素領域Ｒ１について、第１の補正用トラック８ａが位置する側の端部の画素６ａから順次電荷Ｑの読み出しを行って、最初のピークを検出した時点で第１の入射位置１２ａを求めるとともに、求められた入射位置１２ａに基づいた所定の画素６ａまでを第１画素領域Ｒ１として電荷Ｑの読み出しを終了する。そして、それらの入射位置１２ａ、１２ｂから角度検出用トラック９ａ〜９ｉに対応する入射位置１３ａ〜１３ｉを推定して、第２画素領域Ｒ２についての電荷の読み出しを行う方法がある。また、これ以外にも様々な方法を用いることが可能である。
【００８５】
次に、図１に示したアブソリュートエンコーダ１の変形例について説明する。
【００８６】
図１２は、上記実施形態によるアブソリュートエンコーダ１の第１変形例として、光センサ５０を示す平面図である。この光センサ５０は、上記実施形態に用いられている光センサ５に代えて配置される光センサであり、複数の画素５１ａが一次元状に配置された光検出部５１を有している。この光検出部５１においては、光センサ５０の長手方向と交差する方向の複数の画素５１ａそれぞれの幅Ｗが、画素５１ａと発光素子４との距離に基づいて設けられている。具体的には、発光素子４に比較的近い画素５１ａの幅Ｗが短く、発光素子４から比較的遠い画素５１ａの幅Ｗが長くなっている。こうして、各画素５１ａの面積が、光検出部５１における発光素子４からの入射強度プロファイルに反比例した面積となっている。
【００８７】
発光素子４として点光源を用いる場合には、複数の画素５１ａそれぞれの発光素子４からの距離の相違によって、各画素５１ａに入射する光の強度に差が生じる。本変形例の光センサ５０によれば、画素５１ａと発光素子４との距離に基づいて該画素５１ａの面積が定まるので、各画素５１ａ間の光強度の差が補正された信号を得ることができ、アブソリュートエンコーダ１が回転軸２の回転角の絶対値をより正確に測定することができる。
【００８８】
図１３は、上記実施形態によるアブソリュートエンコーダ１の第２変形例として、回転板３ａを示す拡大平面図である。この回転板３ａは、上記実施形態に用いられている回転板３に代えて配置される回転板である。回転板３ａの回転板３との相違点は、補正用トラック８ａ及び８ｂのスリット７ｃが、発光素子４からの光に対して透明な材料により形成されている点である。そして、スリット７ｃは、補正用トラック８ａ及び８ｂの全周にわたって連続して形成されている。本変形例においては、回転板３は、例えばガラス板表面のスリット７ｃ以外の部分に不透過印刷を施すことによって形成される。本変形例の回転板３ａによれば、補正用トラック８ａを通過して光検出部６に入射する光の強度、及び補正用トラック８ｂを通過して光検出部６に入射する光の強度を回転板３の回転角によらずほぼ一定に保つことができるので、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂをさらに正確に検出することができる。
【００８９】
図１４は、上記実施形態によるアブソリュートエンコーダ１の第３変形例として、回転板３ｂを示す拡大平面図である。この回転板３ｂは、上記実施形態に用いられている回転板３に代えて配置される回転板である。回転板３ｂの回転板３との相違点は、補正用トラック群８が、補正用トラック８ａ及び８ｂに加えて、補正用トラック８ｃを有する点である。このように、回転板は、３つ以上の補正用トラックを備えてもよい。本変形例の回転板３ｂによれば、光センサ５の光検出部６において、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに加えてさらに第３の入射位置を得ることができるので、入射位置推定部２１が入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する際の推定精度をさらに高めることができる。さらに、レベル判定部２２における閾値の精度も高めることができる。
【００９０】
次に、アブソリュートエンコーダにおいて用いられる信号処理系の構成の具体例について説明する。
【００９１】
図１５は、図１に示したアブソリュートエンコーダ１における信号処理系の構成例を示す回路図である。この回路図は、変換部３０、入射位置推定部３１、及びレベル判定部３２の回路構成を示している。本実施例では、上記した実施形態の変換部２０、入射位置推定部２１、及びレベル判定部２２の具体例として、これらの手段を説明する。
【００９２】
図１５を参照すると、変換部３０は、積分器３０ａ、差動増幅器３０ｂ、及びメモリ３０ｃを備えている。積分器３０ａの入力は光センサ５の光検出部６を構成する複数の画素６ａのそれぞれから電荷を読み出す電荷読み出し部６０に電気的に接続されており、積分器３０ａの出力は差動増幅器３０ｂ及びメモリ３０ｃに電気的に接続されている。積分器３０ａは光センサ５の各画素からの電荷を積分するとともに電圧信号に変換する回路であり、後述する制御器３１ａからの初期化信号φＩＮＴを入力することによって積分動作が初期化される。
【００９３】
メモリ３０ｃは、積分器３０ａが光センサ５から電荷を受けていないときの、積分器３０ａからの出力レベル（ダーク出力レベル）を記憶するための回路である。メモリ３０ｃの入力は積分器３０ａに電気的に接続されており、メモリ３０ｃの出力は差動増幅器３０ｂに電気的に接続されている。メモリ３０ｃは、後述する制御器３１ａからの記憶信号φＲＭをトリガとして、発光素子４が点灯する前に積分器３０ａからの出力レベルを記憶する。或いは、メモリ３０ｃには、アブソリュートエンコーダ１の製造時において、所定のレベルが記憶されてもよい。
【００９４】
差動増幅器３０ｂは、積分器３０ａの出力レベルと、メモリ３０ｃに記憶されたレベルとの差分を生成するための回路である。差動増幅器３０ｂの一方の入力は積分器３０ａに電気的に接続されており、差動増幅器３０ｂの他方の入力はメモリ３０ｃに電気的に接続されている。差動増幅器３０ｂの出力は、レベル判定部３２に電気的に接続されている。差動増幅器３０ｂは、積分器３０ａの出力レベルからメモリ３０ｃに記憶されたレベルを差し引くことによって、積分器３０ａの出力レベルからダーク出力レベルを除く。
【００９５】
また、レベル判定部３２は、比較器３２ａ及びメモリ３２ｂを備えている。メモリ３２ｂは、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光の光強度に基づいて閾値を求め、該閾値を記憶する回路である。メモリ３２ｂの入力は差動増幅器３０ｂの出力に電気的に接続されており、メモリ３２ｂの出力は比較器３２ａに電気的に接続されている。メモリ３２ｂは、制御器３１ａからの記憶信号φＤＭをトリガとして所定の演算式に基づいて閾値を計算し、これを記憶する。
【００９６】
比較器３２ａは、差動増幅器３０ｂの出力レベルと、メモリ３２ｂに記憶された閾値とを比較して比較結果を出力する回路である。比較器３２ａの一方の入力は差動増幅器３０ｂに電気的に接続されており、比較器３２ａの他方の出力はメモリ３２ｂに電気的に接続されている。比較器３２ａの出力は、図示しないコード生成手段及び制御器３１ａに電気的に接続されている。比較器３２ａは、差動増幅器３０ｂの出力レベルが閾値よりも大きい場合は所定レベルの電圧信号（論理１）を、それ以外の場合は他のレベルの電圧信号（論理０）を出力する。
【００９７】
また、制御器３１ａは、積分器３０ａ、メモリ３０ｃ、メモリ３２ｂ、及び電荷読み出し部６０を制御するとともに、光センサ５の光検出部６において電荷を取り出す画素の順番、間隔、領域等を求めて電荷を取り出すタイミングを制御する回路である。制御器３１ａは、比較器３２ａに電気的に接続されており、補正用トラック８ａ、８ｂを通過した光に関する信号が比較器３２ａから出力されるタイミングに基づいて、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂを記憶する。そして、制御器３１ａは、第１の入射位置１２ａと第２の入射位置１２ｂとの間隔に基づいて入射位置間の間隔を計算し、この間隔でもって積分器３０ａが電荷を積分するようなタイミングで、積分器３０ａに初期化信号φＩＮＴを送る。すなわち、この制御器３１ａは、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂに基づいて、入射位置１３ａ〜１３ｉを推定する入射位置推定部３１を構成する。また、制御器３１ａは、所定のタイミングで記憶信号φＲＭをメモリ３０ｃへ、記憶信号φＤＭをメモリ３２ｂへ、それぞれ送る。また、制御器３１ａによって制御される電荷読み出し部６０での電荷読み出し動作については、上述した通りである。
【００９８】
以上の構成を有する変換部３０、入射位置推定部３１、及びレベル判定部３２の動作は次の通りである。まず、発光素子４が光を照射していない時に、制御器３１ａからメモリ３０ｃへ記憶信号φＲＭが送られる。そして、メモリ３０ｃにおいて、積分器３０ａのダーク出力レベルが記憶される。次に、発光素子４が光を照射して光センサ５が光を検出すると、第１画素領域、第２画素領域、第３画素領域の順に各画素からの電荷が繰り返し読み出される。ここで、第３画素領域の読み出しにおいては、第３画素領域の各画素からの電荷が補正用トラック８ｂを通過した光により発生した電荷として読み出されて積分器３０ａによって積分され、光強度信号が生成される。そして、差動増幅器３０ｂによって光強度信号からダーク出力レベルが除かれた後、この光強度信号のレベルがメモリ３２ｂに記憶されるとともに、光強度信号が比較器３２ａを介して制御器３１ａに送られる。
【００９９】
また、第１画素領域の読み出しにおいては、第１画素領域の各画素からの電荷が補正用トラック８ａを通過した光により発生した電荷として読み出されて積分器３０ａによって積分され、光強度信号が生成される。そして、補正用トラック８ｂを通過した光の場合と同様に、光強度信号のレベルがメモリ３２ｂに記憶されるとともに、光強度信号が制御器３１ａに送られる。この後、制御器３１ａからメモリ３２ｂへ記憶信号φＤＭが送られる。メモリ３２ｂでは、補正用トラック８ｂを通過した光および補正用トラック８ａを通過した光のそれぞれに関する光強度信号に基づいて、閾値が計算される。また、制御器３１ａでは、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂが求められ、これらの間隔が計算される。
【０１００】
続いて、制御器３１ａが第２画素領域の各画素からの電荷の読み出しを指示するとともに、計算された入射位置間隔を参照して積分器３０ａへ初期化信号φＩＮＴを送る。積分器３０ａでは、初期化信号φＩＮＴを受ける度に積分動作が初期化されるので、入射位置１３ａ〜１３ｉ付近において発生した電荷を順に積分することとなる。電荷が積分されることにより生成された光強度信号は、差動増幅器３０ｂによってダーク出力レベルが除かれた後、比較器３２ａに入力される。そして、光強度信号が比較器３２ａにおいて閾値と比較され、その比較結果が図示しないコード生成手段へ出力される。コード生成手段では、比較結果に基づいてグレイコードが生成される。
【０１０１】
図１６は、図１に示したアブソリュートエンコーダ１における信号処理系の他の構成例を示す回路図である。この回路図は、変換部７１、電荷読み出し部７２、入射位置推定部７３、レベル判定部７６、コード生成部７９の回路構成を示している。本実施例では、上記した実施形態の変換部２０、電荷読み出し部６０、入射位置推定部２１、レベル判定部２２、及びコード生成部２３の具体例として、これらの手段を説明する。
【０１０２】
図１６を参照すると、変換部７１は、光検出部６の複数の画素６ａに対応する複数のＩ／Ｖ変換器７１ａを有している。複数のＩ／Ｖ変換器７１ａの入力はそれぞれ対応する複数の画素６ａに電気的に接続されている。Ｉ／Ｖ変換器７１ａは、画素６ａからの電荷量に応じた電圧信号である光強度信号を、タイミング回路７８からのタイミング信号に応じて生成する。Ｉ／Ｖ変換器７１ａは、生成した光強度信号を電荷読み出し部７２へ提供する。電荷読み出し部７２は、本構成例ではシフトレジスタによって構成されている。電荷読み出し部７２は、タイミング回路７８からのタイミング信号に応じて、Ｉ／Ｖ変換器７１ａからの光強度信号を順次取り込む。電荷読み出し部７２は、取り込んだ光強度信号を入射位置推定部７３へ提供する。
【０１０３】
入射位置推定部７３は、間隔演算回路７３ａ、パターンテーブル７３ｂ、第１の入射位置検出部７３ｃ、及び第２の入射位置検出部７３ｄを有している。第１の入射位置検出部７３ｃ及び第２の入射位置検出部７３ｄは、それぞれ第１画素領域及び第３画素領域における第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂを検出するための回路である。第１の入射位置検出部７３ｃ及び第２の入射位置検出部７３ｄは、２つのバッファ７４ａ及び７４ｂと、比較器７４ｃとを有している。２つのバッファ７４ａ及び７４ｂには、第１画素領域（または第３画素領域）内において互いに隣接する画素６ａに対応する光強度信号がそれぞれ入力される。そして、後に読み出した画素６ａに対応する光強度信号が前に読み出した画素６ａに対応する光強度信号よりも小さい場合に、第１の入射位置１２ａ（または第２の入射位置１２ｂ）を検出したことを知らせる信号を比較器７４ｃが出力する。この信号は、間隔演算回路７３ａに提供される。
【０１０４】
間隔演算回路７３ａは、第１の入射位置検出部７３ｃ及び第２の入射位置検出部７３ｄにおいて検出された第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂの間隔を演算するための回路である。間隔演算回路７３ａは、第２の入射位置検出部７３ｄから受ける信号と第１の入射位置検出部７３ｃから受ける信号とに基づいて、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂの間隔を演算する。間隔演算回路７３ａは、演算した間隔値をパターンテーブル７３ｂに提供する。
【０１０５】
パターンテーブル７３ｂは、第１の入射位置１２ａ及び第２の入射位置１２ｂの間隔に応じた読み出しパターンを選択するための回路である。ここで、読み出しパターンは、例えば有効領域１４ａ〜１４ｉ及び無効領域１５それぞれの幅などを用いて規定される。パターンテーブル７３ｂは、幾つかの間隔値に応じた読み出しパターンを予め記憶しており、間隔演算回路７３ａから提供される間隔値に応じた読み出しパターンを選択して電荷読み出し部７２へ提供する。電荷読み出し部７２は、この読み出しパターンに従って第２画素領域から電荷を読み出す。
【０１０６】
レベル判定部７６は、例えばコンパレータにより構成される。レベル判定部７６は、電荷読み出し部７２から第２画素領域における光強度信号を受ける。また、レベル判定部７６は、第１の入射位置検出部７３ｃのバッファ７４ａからの出力信号（すなわち、第１の入射位置１２ａにおける光強度信号）を受ける。レベル判定部７６は、電荷読み出し部７２からの光強度信号がバッファ７４ａからの出力信号よりも大きい場合に、光強度信号をコード生成部７９へ提供する。コード生成部７９は、角度検出用トラック９ａ〜９ｉに対応する複数のレジスタ７９ａを有しており、入射位置１３ａ〜１３ｉに入射した光に応じた光強度信号は、それぞれ対応するレジスタ７９ａに格納される。こうして、コード生成部７９においてグレイコードが生成される。
【０１０７】
なお、第１の入射位置検出部７３ｃからの信号は異常検出部７７にも提供されており、第１の入射位置検出部７３ｃにおいて検出された第１の入射位置１２ａが所定の領域内ではない場合には、異常検出部７７が異常発生信号を出力する。また、第２の入射位置検出部７３ｃからの信号は、スキャン終了信号として使用される。
【０１０８】
本発明によるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した構成例においては変換手段、入射位置推定手段、及びレベル判定手段を電気回路によって実現しているが、これらの手段を所定のソフトウェアが組み込まれたコンピュータによって実現してもよいし、電気回路とコンピュータとを適宜組み合わせて実現してもよい。また、上記した実施形態においては、回転板は９本の角度検出用トラックを有している。回転板の角度検出用トラックの本数はこれに限らず、必要な分解能に応じて様々な本数とすることができる。また、補正用トラックの本数、配置等についても、光センサでの対応する電荷読み出し方法を考慮した上で、様々に設定して良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、回転軸の回転角の絶対値を正確に検出できるアブソリュートエンコーダ及び角度検出方法として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】アブソリュートエンコーダの一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した回転板を一部拡大して示す平面図である。
【図３】（ａ）発光素子、回転板、及び光センサの相対位置関係を示す側面断面図、及び（ｂ）スリットを通過した光の照射領域と、光センサの光検出部との位置関係を説明するための図である。
【図４】回転板の位置が光検出部に対して相対的に変化した場合を説明するための図である。
【図５】回転板の位置が光検出部に対して相対的に変化した場合を説明するための図である。
【図６】図１に示した光センサの光検出部から電荷を読み出すための構成を示す模式図である。
【図７】光検出部の複数の画素と、各画素から電荷読み出し部によって読み出された電荷に基づいて生成された光強度分布とを併せて示す図である。
【図８】入射位置推定部における入射位置の推定手順の具体例を説明するための図である。
【図９】図１に示したエンコーダを用いた角度検出方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】補正用トラックを用いた角度検出用トラックを通過した光の入射位置の推定について示す図である。
【図１１】補正用トラックを用いた角度検出用トラックを通過した光の入射位置の推定について示す図である。
【図１２】図１に示したアブソリュートエンコーダの第１変形例に用いられる光センサを示す平面図である。
【図１３】図１に示したアブソリュートエンコーダの第２変形例に用いられる回転板を一部拡大して示す平面図である。
【図１４】図１に示したアブソリュートエンコーダの第３変形例に用いられる回転板を一部拡大して示す平面図である。
【図１５】図１に示したアブソリュートエンコーダにおける信号処理系の構成例を示す回路図である。
【図１６】図１に示したアブソリュートエンコーダにおける信号処理系の他の構成例を示す回路図である。
【図１７】従来のアブソリュートエンコーダの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１…アブソリュートエンコーダ、２…回転軸、３、３ａ、３ｂ…回転板、４…発光素子、５…光センサ、６…光検出部、６ａ…画素、７ａ〜７ｃ…スリット、８…補正用トラック群、８ａ〜８ｃ…補正用トラック、９…角度検出用トラック群、９ａ〜９ｉ…角度検出用トラック、１０…トラック群、１２ａ…第１の入射位置、１２ｂ…第２の入射位置、１３ａ〜１３ｉ…入射位置、１４ａ〜１４ｉ…有効領域、１５…無効領域、１６、１７…照射領域、１８ａ、１８ｂ、１９ａ〜１９ｉ…ライン、２０、３０、７１…変換部、２１、３１、７３…入射位置推定部、２２、３２、７６…レベル判定部、２３、７９…コード生成部、３０ａ…積分器、３０ｂ…差動増幅器、３０ｃ…メモリ、３１ａ…制御器、３２ａ…比較器、３２ｂ…メモリ、５０…光センサ、５１…光検出部、５１ａ…画素、６０…電荷読み出し部、６１、６２…配線、６３…スイッチ、６５…シフトレジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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